Þakka þér fyrir að skrá þig hjá Physics World Ef þú vilt breyta upplýsingum þínum hvenær sem er, vinsamlegast farðu á reikninginn minn
Grafítfilmur geta varið rafeindatæki fyrir rafsegulgeislun (EM) en núverandi tækni við framleiðslu þeirra tekur nokkrar klukkustundir og krefst vinnsluhita um 3000 °C. Hópur vísindamanna frá Shenyang National Laboratory for Materials Science við Kínversku vísindaakademíuna hefur nú sýnt fram á aðra leið til að búa til hágæða grafítfilmur á örfáum sekúndum með því að slökkva heitar ræmur af nikkelþynnu í etanóli. Vaxtarhraði þessara filma er meira en tveimur stærðargráðum hærri en í núverandi aðferðum og rafleiðni og vélrænni styrkur filmanna er á pari við filmur sem eru gerðar með efnagufuútfellingu (CVD).
Öll rafeindatæki framleiða einhverja EM geislun. Eftir því sem tæki verða sífellt minni og starfa á hærri og hærri tíðnum vex möguleiki á rafsegultruflunum (EMI) og getur það haft slæm áhrif á afköst tækisins sem og nærliggjandi rafeindakerfa.
Grafít, úthlutað kolefni sem byggt er úr lögum af grafen sem haldið er saman af van der Waals krafti, hefur fjölda ótrúlega rafmagns, hitauppstreymis og vélrænna eiginleika sem gera það að áhrifaríkri skjöld gegn EMI. Hins vegar þarf það að vera í formi mjög þunnrar filmu til að það hafi mikla rafleiðni, sem er mikilvægt fyrir hagnýt EMI notkun því það þýðir að efnið getur endurspeglað og tekið í sig EM bylgjur þegar þær hafa samskipti við hleðsluberana inni í það.
Sem stendur eru helstu leiðirnar til að búa til grafítfilmu annaðhvort í háhitahitun á arómatískum fjölliðum eða að stafla upp grafen (GO) oxíð eða grafen nanóblöð lag fyrir lag. Bæði ferlarnir krefjast hátt hitastigs í kringum 3000 °C og vinnslutíma upp á klukkustund. Í CVD er nauðsynlegt hitastig lægra (á milli 700 og 1300 °C), en það tekur nokkrar klukkustundir að búa til nanómetraþykkar filmur, jafnvel í lofttæmi.
Teymi undir forystu Wencai Ren hefur nú framleitt hágæða grafítfilmu sem eru tugir nanómetra þykka innan nokkurra sekúndna með því að hita nikkelfilmu í 1200 °C í argon andrúmslofti og dýfa því síðan hratt niður í etanól við 0 °C. Kolefnisatómin sem myndast við niðurbrot etanóls dreifast og leysast upp í nikkelið þökk sé mikilli kolefnisleysni málmsins (0,4 wt% við 1200 °C). Vegna þess að þessi kolefnisleysni minnkar mjög við lágt hitastig, aðskiljast kolefnisatómin í kjölfarið og falla út úr nikkelyfirborðinu við slökkvun og mynda þykka grafítfilmu. Rannsakendur segja að frábær hvatavirkni nikkels hjálpar einnig við myndun hákristallaðs grafíts.
Með því að nota blöndu af háupplausnarsmásjárgreiningu, röntgengeislun og Raman litrófsgreiningu komust Ren og félagar að því að grafítið sem þeir framleiddu var mjög kristallað á stórum svæðum, vel lagskipt og innihélt enga sjáanlega galla. Rafeindaleiðni filmunnar var allt að 2,6 x 105 S/m, svipað og kvikmyndir ræktaðar með CVD eða háhitatækni og pressun á GO/grafenfilmum.
Til að prófa hversu vel efnið gæti hindrað EM geislun, flutti teymið filmur með yfirborðsflatarmáli 600 mm2 á undirlag úr pólýetýlen tereftalati (PET). Þeir mældu síðan EMI hlífðarvirkni (SE) myndarinnar á X-band tíðnisviðinu, á milli 8,2 og 12,4 GHz. Þeir fundu EMI SE meira en 14,92 dB fyrir um það bil 77 nm þykka filmu. Þetta gildi hækkar í meira en 20 dB (lágmarksgildi sem krafist er fyrir notkun í viðskiptalegum tilgangi) á öllu X-bandinu þegar þeir staflað fleiri kvikmyndum saman. Reyndar hefur kvikmynd sem inniheldur fimm stykki af staflaðum grafítfilmum (um 385 nm þykk alls) EMI SE um 28 dB, sem þýðir að efnið getur lokað fyrir 99,84% af innfallsgeislun. Á heildina litið mældi teymið EMI vörn upp á 481.000 dB/cm2/g yfir X-bandið, sem var betri en öll áður tilkynnt gerviefni.
Rannsakendur segja að eftir bestu vitund þeirra sé grafítfilman þeirra þynnsta meðal tilkynntra hlífðarefna, með EMI hlífðarafköstum sem geti fullnægt kröfum um notkun í atvinnuskyni. Vélrænir eiginleikar þess eru einnig hagstæðir. Brotstyrkur efnisins, sem er um það bil 110 MPa (dreginn út úr streitu-álagsferlum efnisins sem settur er á pólýkarbónatstuðning) er hærri en grafítfilma sem ræktuð eru með öðrum aðferðum. Filman er líka sveigjanleg og hægt að beygja hana 1000 sinnum með 5 mm beygjuradíus án þess að tapa EMI hlífðareiginleikum. Það er einnig hitastöðugt allt að 550 °C. Teymið telur að þessir og aðrir eiginleikar þýði að hægt sé að nota það sem ofurþunnt, létt, sveigjanlegt og áhrifaríkt EMI hlífðarefni fyrir notkun á mörgum sviðum, þar á meðal í geimferðum sem og rafeindatækni og ljósatækni.
Lestu mikilvægustu og spennandi framfarirnar í efnisfræði í þessu nýja tímariti með opnum aðgangi.
Physics World er lykilþáttur í hlutverki IOP Publishing að miðla heimsklassa rannsóknum og nýsköpun til sem breiðasta markhópsins. Vefsíðan er hluti af Physics World safninu, safni upplýsingaþjónustu á netinu, stafrænum og prentuðum fyrir alþjóðlegt vísindasamfélag.
Pósttími: maí-07-2020